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(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】公開特許公報(A)
(11)【公開番号】P2022072900
(43)【公開日】2022-05-17
(54)【発明の名称】発光装置
(51)【国際特許分類】
   F21S 2/00 20160101AFI20220510BHJP
   G02F 1/13357 20060101ALI20220510BHJP
   G02F 1/1333 20060101ALI20220510BHJP
【FI】
F21S2/00 439
G02F1/13357
G02F1/1333
【審査請求】未請求
【請求項の数】7
【出願形態】OL
(21)【出願番号】P 2020182592
(22)【出願日】2020-10-30
(71)【出願人】
【識別番号】502356528
【氏名又は名称】株式会社ジャパンディスプレイ
(74)【代理人】
【識別番号】110001737
【氏名又は名称】特許業務法人スズエ国際特許事務所
(72)【発明者】
【氏名】長谷川 誠
(72)【発明者】
【氏名】鈴木 延幸
【テーマコード(参考)】
2H189
2H391
3K244
【Fターム(参考)】
2H189AA55
2H189AA59
2H189AA64
2H189AA72
2H189AA75
2H189AA84
2H189AA88
2H189AA94
2H189HA06
2H189LA15
2H189LA18
2H189LA19
2H189LA20
2H189LA22
2H391AA16
2H391AB04
2H391AC13
2H391AC23
2H391AC42
2H391AC53
2H391AD08
2H391CA10
2H391CA24
3K244AA01
3K244BA39
3K244CA03
3K244DA01
3K244KA04
3K244MA02
3K244MA12
(57)【要約】
【課題】 放熱性に優れた発光装置を提供する。
【解決手段】 発光装置は、光源素子と、前記光源素子の第1側面と対向する導光板と、前記光源素子の前記第1側面と反対側の第2側面と、下面と、上面とを囲むフレームと、を備え、前記フレームは、金属材料で形成されている。前記フレームは、前記第2側面及び前記下面を含む第1フレームと、前記上面を含む第2フレームと、を有する。前記光源素子は、発光素子と、配線基板とを有する。
【選択図】図1
【特許請求の範囲】
【請求項1】
光源素子と、
前記光源素子の第1側面と対向する導光板と、
前記光源素子の前記第1側面と反対側の第2側面と、下面と、上面とを囲むフレームと、
を備え、
前記フレームは、金属材料で形成されている、発光装置。
【請求項2】
前記フレームは、前記第2側面及び前記下面を含む第1フレームと、前記上面を含む第2フレームと、を有する、請求項1に記載の発光装置。
【請求項3】
前記光源素子は、発光素子と、配線基板とを有する、請求項1または2に記載の発光装置。
【請求項4】
前記フレームに接する筐体と、
前記筐体と前記フレームを固定する固定部材と、
をさらに備える、請求項1から3までのいずれか1項に記載の発光装置。
【請求項5】
前記フレームに設けられた凹部をさらに有する、請求項1から4までのいずれか1項に記載の発光装置。
【請求項6】
前記第1フレームの前記下面に設けられた凹部をさらに有する、請求項2に記載の発光装置。
【請求項7】
前記金属材料は、アルミニウムを含む、請求項1から6までのいずれか1項に記載の発光装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明の実施形態は、発光装置に関する。
【背景技術】
【0002】
導光板の側面に光源を配置し、側面に対して角度をもって配置された主面から光を出射する発光装置は、面光源の発光装置として用いられている。例えば、このような発光装置は液晶表示装置のバックライトに用いられる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0003】
【特許文献1】特開2014-092699号公報
【特許文献2】特開2019-179098号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0004】
実施形態は、放熱性に優れた発光装置を提供する。
【課題を解決するための手段】
【0005】
一実施形態に係る発光装置は、光源素子と、前記光源素子の第1側面と対向する導光板と、前記光源素子の前記第1側面と反対側の第2側面と、下面と、上面とを囲むフレームと、を備え、前記フレームは、金属材料で形成されている。
【図面の簡単な説明】
【0006】
図1図1は、実施形態の発光装置の断面図である。
図2図2は、図1の部分拡大図である。
図3図3は、実施形態における発光装置の他の構成例を示す断面図である。
図4図4は実施形態における発光装置の他の構成例を示す断面図である。
図5図5は、図4の部分拡大図である。
【発明を実施するための形態】
【0007】
以下に、本発明の各実施の形態について、図面を参照しつつ説明する。なお、開示はあくまで一例にすぎず、当業者において、発明の主旨を保っての適宜変更について容易に想到し得るものについては、当然に本発明の範囲に含有されるものである。また、図面は説明をより明確にするため、実際の態様に比べ、各部の幅、厚さ、形状等について模式的に表される場合があるが、あくまで一例であって、本発明の解釈を限定するものではない。また、本明細書と各図において、既出の図に関して前述したものと同様の要素には、同一の符号を付して、詳細な説明を適宜省略することがある。
以下、図面を参照しながら一実施形態に係る発光装置について詳細に説明する。
【0008】
本実施形態においては、第1方向X、第2方向Y、及び、第3方向Zは、互いに直交しているが、90度以外の角度で交差していてもよい。第3方向Zの矢印の先端に向かう方向を上又は上方と定義し、第3方向Zの矢印の先端に向かう方向とは反対側の方向を下又は下方と定義する。
【0009】
また、「第1部材の上方の第2部材」及び「第1部材の下方の第2部材」とした場合、第2部材は、第1部材に接していてもよく、又は第1部材から離れて位置していてもよい。後者の場合、第1部材と第2部材との間に、第3の部材が介在していてもよい。一方、「第1部材の上の第2部材」及び「第1部材の下の第2部材」とした場合、第2部材は第1部材に接している。
【0010】
また、第3方向Zの矢印の先端側に発光装置を観察する観察位置があるものとし、この観察位置から、第1方向X及び第2方向Yで規定されるX-Y平面に向かって見ることを平面視という。第1方向X及び第3方向Zによって規定されるX-Z平面、あるいは第2方向Y及び第3方向Zによって規定されるY-Z平面における発光装置の断面を見ることを断面視という。
【0011】
図1は、実施形態の発光装置の断面図である。図1に示す発光装置ILDは、導光板及び発光素子を収納する第1フレームFRB、第1フレームの上方に配置する第2フレームFRU、光源素子LSP、反射シートREF、導光板LG、遮光テープLBT、単数若しくは複数枚の光学シートOPS、スペーサSPR1、スペーサSPR2、接着材AD1を有している。光源素子LSPは、発光素子LED(後述する発光素子LED1又はLED2)及び配線基板PCBを有している。なお図1において、導光板LGの側面LG1sに対向して発光素子LED1、及び導光板LGの側面LG2sに対向して発光素子LED2を有している。本実施形態では、発光素子LED1及びLED2を特に区別する必要がない場合は、単に発光素子LEDと呼ぶ。また導光板LGの側面LG1s及びLG2sを、それぞれ、導光板LGの第1側面及び第2側面ともいう。なお本実施形態では、第1フレームFRBをフレームFRB、第2フレームFRUをフレームFRUともいう。
【0012】
発光装置ILDは、全体として平面視で矩形であり、一対の長辺及び一対の短辺を有している。本実施形態の発光装置ILDにおいて、長辺の延伸する方向を長辺方向、短辺が延伸する方向を短辺方向とすると、短辺方向及び長辺方向は、それぞれ第1方向X及び第2方向Yである。
なお導光板LGについては、後に詳述するが、導光板LGも全体として平面視で矩形であり、第2方向Yに沿って延伸する一対の長辺、及び第1方向に沿って延伸する一対の短辺を有している。
【0013】
図2は、図1の部分拡大図である。フレームFRBは、断面視で、導光板LGの下方に位置し、導光板LGと重畳する第1底部FRBa、光源素子LSPの下方に位置し、光源素子LSPと重畳する第2底部FRBb、及び、光源素子LSPの側面1sに対向して配置される側部FRBcを有している。第2底部FRBbは、第1底部FRBa及び側部FRBcに挟まれて配置されている。なお説明を分かりやすくするために、第1底部FRBa、第2底部FRBb、及び側部FRBcと分けているが、それぞれフレームFRBの部分を示すものであり、これらは一体形成され連続的に繋がっている。そのため、以下、第1底部FRBa、第2底部FRBbをそれぞれ底部FRBa、底部FRBbと言う場合がある。
【0014】
フレームFRBの底部FRBaは、導光板LGと対向する主面FBauを有している。主面FBau上には、反射シートREFが配置されている。底部FRBaの側面FBasは、光源素子LSPの配線基板PCBの側面PC1sと対向している。
フレームFRBの底部FRBa及び側部FRBcとの間には、凹部FRBvが設けられている。フレームFRBの底部FRBbは、凹部FRBvの下方に設けられている。底部FRBbの底面FRbbは、配線基板PCB(光源素子LSP)の底面PCBbと対向している。
【0015】
フレームFRBの側部FRBcの内側面FBcsは、第2方向Yにおいて、光源素子LSPの配線基板PCBの側面PC2sと対向している。なお配線基板PCBの側面PC2sは、側面PC1sと第2方向Yにおいて反対側の側面、言い換えると第2方向Yにおいて対向する側面である。側部FRBcの内側面FBcs及び配線基板PCBの側面PC2sとの間、つまり側部FRBc及び配線基板PCB(光源素子素子LSP)との間には、これらを接着する接着材AD1が設けられている。
【0016】
フレームFRBは、金属材料を含んでいる。さらに具体的には、フレームFRBは、熱伝導率が高い金属材料を用いて形成されており、上述のように底部FRBa、底部FRBb、及び側部FRBcが一体形成されている。このような金属材料として、例えばアルミニウムが用いられる。ただしフレームFRBの材料としてアルミニウムに限定されず、熱伝導率が高い他の材料、例えば合金等が用いられ、ダイキャストにより成型されてもよい。
【0017】
フレームFRBの側部FRBcの上方には、後述する遮光テープLBTを挟んで、フレームFRUが設けられている。フレームFRUは、第3方向Zにおいて、フレームFRBの側部FRBcの上面FBcuに対向する、底面FRUbを有している。図2において、フレームFRUの底面FRUbは、側部FRBcの上面FBcu、配線基板PCBの上面PCBu、及び接着材AD1の上面に重畳している。
フレームFRUの材料は、フレームFRBと同様、金属材料、あるいは上述した熱伝導率が高い材料であればよい。
発光装置ILDは照明装置や表示装置の光源として使用される。フレームFRUは照明装置又は表示装置の本体との位置決めに使用される。
【0018】
光源素子LSP、特に発光素子LEDを囲んで、底部FRBa、底部FRBb、及び側部FRBcを有するFRB、並びに、フレームFRUが配置されている。換言すると、光源素子LSP(発光素子LED)の下面に対して底部FRBa及び底部FRBb、光源素子LSPの側面に対して側部FRBc、及び光源素子LSPに対して上面に対してフレームFRUが設けられており、これらが光源素子LSPを囲っている。さらに言い換えると、光源素子LSPの面のうち、導光板LGと対向する面(後述する側面LE1s)以外の面は、フレームFRB及びFRUに囲まれていると言える。フレームFRB及びフレームFRUは、上述のように熱伝導率が高い材料で形成されているので、光源素子LSPで発生する熱を効果的に放出することが可能である。
【0019】
上述したように、フレームFRBの底部FRBa上には、反射シートREFが設けられている。反射シートREFは、導光板LGの主面LGbから漏出した光を反射し、導光板LG内に戻す機能を有する。これにより光取り出し効率を向上させることができる。反射シートREFは、例えば導光板LGと対向する面が鏡面となっており、金属、例えば銀を蒸着したシートにより形成されている。ただし反射シートREFは、金属を蒸着したシートに限定されず、例えば金属薄膜を複数積層したシート、又は光学吸収体から形成されるシート、例えば黒色シート等であってもよい。
【0020】
導光板LGは、上述した反射シートREFと対向する主面LGb、及び主面LGbと第3方向Zにおいて反対側に位置する主面LGaを有している。すなわち、主面LGaは、主面LGbより上方に位置している。
導光板LGの側面LG1sは、発光素子LED(第1発光素子LED1及び第2発光素子LED2)と、第2方向Yにおいて対向している。例えば、発光素子LED1から出射された光は、側面LG1sから入射し、導光板LG内部を伝播し、主面LGaから上方に出射される。また発光素子LED2から出射された光は、側面LG2sから入射し、導光板LG内部を伝播し、主面LGaから上方に出射される。つまり主面LGaは、導光板LGの出光面である。
【0021】
なお図2においては、発光素子LEDの面のうち、導光板LGの側面LG1sと対向する面を、側面LE1sとし、側面LE1sと第2方向Yにおいて反対側の面を側面LE2sとする。発光素子LEDの側面LE1sは、発光素子LEDの出光面である。また発光素子LEDの側面LE2sは、後述する配線基板PCBの側面PC1sと接している。なお本実施形態では、側面LE1sを発光素子LEDの第1側面、さらには光源素子LSPの第1側面、並びに側面LE2sを発光素子LEDの第2側面ともいう。また後述する配線基板PCBの側面PC2sを、光源素子LSPの第2側面ともいう。
【0022】
また導光板LGの厚さ(第3方向Zにおける距離)は、側面LG1sに近接する部分が、他の部分よりも厚い。図2に示す導光板LGでは、当該他の部分を平坦部LGf、側面LG1sに近接する部分を傾斜部LGqとする。平坦部LGfの厚さは一定であり、傾斜部LGqの厚さは、平坦部LGfとの境界では平坦部LGfの厚さと同じであり、側面LG1sに近づくにつれ厚くなる。
【0023】
なお、ここでは側面LG1sについて述べたが、側面LG2sについても側面LG1sと同様である。側面LG2sに近接する部分である傾斜部LGqが、他の部分である平坦部LGfよりも厚い。側面LG2sに近接する傾斜部LGqでは、平坦部LGfとの境界では平坦部LGfの厚さと同じであり、側面LG2sに近づくにつれ厚くなる。
【0024】
発光素子LEDは、点光源であり、例えば発光ダイオードである。発光素子LEDは、配線基板PCBの側面PC1sに接続されている。上述のように、発光素子LED1及びLED2は、それぞれ、導光板LGの側面LG1s及びLG2sに隣接して配置されている。
図1及び図2では、発光素子LED1及び発光素子LED2は、それぞれ1つずつのみ示しているが、第1方向Xに沿ってそれぞれ複数個ずつ配置されている。
【0025】
配線基板PCBは、側面PC1sと反対側の側面PC2sを有している。配線基板PCBの側面PC2sは、接着材AD1によりフレームFRBの側部FRBcに接着されている。換言すると、配線基板PCB及びフレームFRBの側部FRBcの間には、接着材AD1が設けられている。配線基板PCBは、外部からの信号に基づいて発光素子LEDを制御する。
上述のように、発光素子LED及び配線基板PCBは、光源素子LSPを構成している。
【0026】
ここで、発光素子LEDが、高輝度な光を出射する発光素子である場合を考える。光を発することにより発光素子LEDには発熱が生じ、出射する光がより高輝度になると、発生する熱も高くなる。そのため高輝度の発光素子LEDでは、熱を逃がす放熱部材が必要である。
このような放熱部材として、例えば放熱フィンを複数備えたヒートシンクの設置等があげられる。しかしながら、放熱のための構成要素を追加することは、発光装置ILD全体の大きさが大きくなる、あるいは発光装置ILDの厚さが厚くなってしまうという恐れがある。
【0027】
本実施形態では、上述のように、発光素子LEDを含む光源素子LSPが、熱伝導率が高い材料で形成されたフレームFRB及びフレームFRUで囲まれている。これにより、高輝度の発光素子LEDであっても、効率的に熱を逃がすことができ、発光装置ILD全体の温度が上昇することを防ぐことが可能である。よって、発光装置ILDの信頼性の低下を抑制することや、発光装置ILDの近傍に配置される構成要素、例えば表示パネル等の温度上昇も抑制可能である。
【0028】
また、放熱用フィンを備えたヒートシンク等の追加の放熱部材を設けることなく放熱が可能であるため、発光装置ILD全体の大きさの増加を抑制することができる。また発光装置ILDの構成部材である、フレームFRB及びフレームFRUに放熱効果を持たせたことで、発光装置ILDの構成部材の数を増やすことなく、発光装置ILDを製造することが可能である。
【0029】
さらに、発光素子LEDは、温度が高くなると発光効率が悪くなる恐れがある。しかしながら、本実施形態の発光装置ILDではでは、効率的に放熱が可能であり、発光素子LEDの温度上昇を抑制することができる。よって発光素子LEDの発光効率の低下も防ぐことが可能である。
また発光効率の低下を補償するためには、例えば発光素子LEDに流す電流値を上げることが考えられる。しかしながら本実施形態では、発光素子LEDへの電流値を変えずとも、発光効率を維持することが可能である。これにより、発光装置ILD全体の消費電力の増加を抑制することが可能である。
【0030】
図1及び図2に示す発光装置ILDはさらに、導光板LG上に光学シートOPSを有している。光学シートOPSは、例えば、拡散シートやプリズムシートである。導光板LGの主面LGaから出射された光は、光学シートOPSを介してさらに上方に出射され、図示しない表示パネルに入射する。拡散シートは、導光板LGから出射されて光を拡散することにより、均一化する。プリズムシートは、傾斜角を有して出射される出射光を、主面LGaの法線方向(第3方向Z)により近づける機能を有する。
【0031】
導光板LGの平坦部LGf上には、スペーサSPR1、接着材AD2、及びスペーサSPR2が設けられている。スペーサSPR1は導光板LGに配置されており、スペーサSPR2は遮光テープLBTに固定されている。接着材AD2は、スペーサSPR1及びSPR2を接着する機能を有する。スペーサSPR1及びSPR2、並びに接着材AD2は、導光板LGと遮光テープLBTの高さを調整すると共に発光素子LEDから射出された光が導光板と遮光テープのとの間隙から導光板の主面に漏れることを防止するために設けられている。すなわち、スペーサSPR1及びSPR2、並びに接着材AD2は、発光装置ILDからの漏れ光を防止する。
【0032】
図1及び図2に示す例では、フレームFRBの側部FRBcの上面FBcu、配線基板PCBの上面PCBu、接着材AD1の上面、及びスペーサSPR2の上面に重畳して、遮光テープLBTが設けられている。また発光装置ILDにおいて、遮光テープLBTは、光学シートOPSの一部に重畳している。
【0033】
以上本実施形態では、上述のように、発光素子LEDを含む光源素子LSPが、フレームFRB及びフレームFRUで囲まれることにより、発光素子LEDで発生した熱を効率的に逃がすことができる。これにより、発光装置ILD全体の温度上昇を抑制することが可能である。
【0034】
<構成例1>
図3は、実施形態における発光装置の他の構成例を示す断面図である。図3に示した構成例では、図1に示した構成例と比較して、筐体に固定部材で固定されているという点で異なっている。
なお図3において、図1及び図2と同様の構成要素の説明についてはこれを援用し、詳細は省略する。
【0035】
図3に示す発光装置ILDは、図1のフレームFRB及びFRUを囲う筐体CASを有している。換言すると、筐体CASの内部にフレームFRB及びFRUが固定されている。図3に示す例では、フレームFRBの側部FRBcと筐体CASには、これらを固定する固定部材SCR、例えばネジが設けられている。
なお図3に示す例では、筐体CASとしてフレームFRB及びFRUを囲う筐体について説明したが、本構成例はこれに限定されない。筐体CASは、フレームFRB又はFRUの少なくとも一方に接していればよい。また、さらに例えば、フレームFRBの一部、具体的には側部FTBcのみに接する筐体であってもよい。
【0036】
筐体CASは、金属材料、例えばステンレス鋼等で形成すればよい。筐体CASとフレームFRBは直接接しており、発光素子LEDで発生した捏は、フレームFRBやフレームFRUから筐体CASを介して放熱される。筐体CASは、フレームFRBに比較して折り曲げる必要がないので、フレームFRB(及びフレームFRU)より固い材料で形成してもよい。
【0037】
本構成例においても、上述の実施形態と同様の効果を奏する。
【0038】
<構成例2>
図4は、実施形態における発光装置の他の構成例を示す断面図である。図4に示した構成例では、図1に示した構成例と比較して、フレームFRBに凹凸が設けられているという点で異なっている。
なお図4及び後述する図5において、図1及び図2と同様の構成要素の説明についてはこれを援用し、詳細は省略する。
【0039】
図4は、本構成例の発光装置ILD断面図である。図5は、図4の部分拡大図である。図4及び図5の発光装置ILDは、フレームFRB、例えば底部FRBaに凹部FBavを有している。本構成例では、隣り合う2つの凹部FBavとの間の部分を、凸部FBatとする。換言すると、隣り合う2つの凸部FBatとの間には、凹部FBavが設けられている。
なお凹部FBavは、第1方向Xに沿って延伸し、第2方向Yに沿って配列される、溝状の凹部であってもよい。または、第1方向X及び第2方向Yに格子状に設けられた凹部であってもよい。
【0040】
フレームFRBの底部FRBaに、凹部FBav及び凸部FBatを設けることにより、底部FRBaの表面積を増やすことが可能である。表面積が増えることにより、フレームFRBの放熱効果をより高めることが可能である。これにより、発光素子LED及び発光装置ILD全体の温度上昇を抑制することができる。
【0041】
なお図4及び図5においては、フレームFRBの底部FRBaに、凹部FBav及び凸部FBatを設ける例について説明しているが、本構成例はこれに限定されない。例えば、フレームFRBの側部FRBcや底部FRBbに凹部及び凸部を設けてもよい。さらにフレームFRUに凹部及び凸部を設けてもよい。凹凸を設けることにより、表面積を増やし、放熱効果をより高めることが可能である。
【0042】
本構成例においても、上述の実施形態と同様の効果を奏する。
【0043】
本発明の実施形態を説明したが、実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。
【符号の説明】
【0044】
CAS…筐体、FBas…側面、FBat…凸部、FBau…主面、FBav…凹部、FRbb…底面、FBcs…側面、FBcu…上面、FRB…フレーム、FRBa…底部、FRBb…底部、FRBc…側部、FRBv…凹部、FRU…フレーム、FRUb…底面、FTBc…側部、ILD…発光装置、LBT…遮光テープ、LE1s…側面、LE2s…側面、LED…発光素子、LED1…発光素子、LED2…発光素子、LG…導光板、LG1s…側面、LG2s…側面、LGa…主面、LGb…主面、LGf…平坦部、LGq…傾斜部、LSP…光源素子、PC1s…側面、PC2s…側面、PCB…配線基板、PCBb…底面、PCBu…上面、SCR…固定部材。
図1
図2
図3
図4
図5